Kitsas riigieksam 2021, ülesanne 11: Kuupfunktsiooni ekstreemumid ja puutuja
On antud funktsioon f(x)=x3−3x2−9x+10.
1.Leidke funktsiooni f(x)
1)tuletis;
2)graafiku ekstreemumpunktid ja määrake nende liik.
2.Funktsiooni f(x) graafikule on kohal x0=4 joonestatud puutuja. Koostage selle puutuja võrrand.
Allikas: Matemaatika kitsas riigieksam 2021, ülesanne 11
Valemikaart: põhiliste funktsioonide tuletised
c′=0,x′=1,(xn)′=nxn−1
(x1)′=−x21,(x)′=2x1
(ex)′=ex,(ax)′=axlna
(lnx)′=x1,(logax)′=xlna1
(sinx)′=cosx,(cosx)′=−sinx,(tanx)′=cos2x1
Valemikaart: tuletise leidmise reeglid
(u+v)′=u′+v′,(u−v)′=u′−v′,(c⋅u)′=c⋅u′
(u⋅v)′=u′⋅v+u⋅v′
(vu)′=v2u′⋅v−u⋅v′
(f(g(x)))′=f′(g(x))⋅g′(x)
u,v on funktsioonid,c on konstant
Valemikaart: ruutvõrrandi lahendivalem
ax2+bx+c=0
x1;2=2a−b±b2−4ac
Valemikaart: joone puutuja võrrand
y−f(x0)=f′(x0)(x−x0)
Tuletise märgiskeem
Täitub sammus 2.
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Ekstreemumkohtades on tuletis null. Liigi saad tuletise märgist: kui tuletis muutub positiivsest negatiivseks, on maksimum. Puutuja tõus on tuletise väärtus puutepunktis.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Leia tuletis
Esimese küsimuse esimeses osas tuleb leida tuletis. Võtame tuletise liikmete kaupa.
Kasutame valemit (xn)′=nxn−1 iga liikme jaoks. Konstandi 10 tuletis on null.
f′(x)=3x2−3⋅2x−9⋅1+0
Lihtsustame.
f′(x)=3x2−6x−9
(x3)′=3x2, (3x2)′=3⋅2x=6x, (9x)′=9 ja konstandi tuletis on 0. Summa ja vahe tuletis on liikmete tuletiste summa või vahe.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Leia tuletise nullkohad
Teises osas tuleb leida ekstreemumpunktid. Ekstreemumkohas on tuletis null, seega lahendame võrrandi f′(x)=0.
Võrdsustame tuletise nulliga.
3x2−6x−9=0
Jagame võrrandi mõlemaid pooli arvuga 3.
x2−2x−3=0
Kasutame lahendivalemit, kus a=1, b=−2 ja c=−3.
x1;2=22±(−2)2−4⋅1⋅(−3)=22±16=22±4
Arvutame mõlemad nullkohad.
x1=22−4=−1,x2=22+4=3
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Määra ekstreemumite liik
Tuletise graafik on üles avanev parabool nullkohtadega −1 ja 3. Seega on tuletis väljaspool nullkohti positiivne ja nende vahel negatiivne.
Kohal x=−1 muutub tuletise märk plussist miinuseks: funktsioon lõpetab kasvamise ja hakkab kahanema.
+→−⇒x=−1 on maksimumkoht
Kohal x=3 muutub tuletise märk miinusest plussiks: funktsioon lõpetab kahanemise ja hakkab kasvama.
−→+⇒x=3 on miinimumkoht
Märke saab kontrollida ühe punktiga igas vahemikus, näiteks f′(0)=−9<0. Liigi saab määrata ka teise tuletisega: f′′(x)=6x−6, f′′(−1)=−12<0 (maksimum) ja f′′(3)=12>0 (miinimum).
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 1Samm 4: Arvuta ekstreemumpunktide koordinaadid
Arvutame funktsiooni väärtuse maksimumkohas x=−1.
f(−1)=(−1)3−3⋅(−1)2−9⋅(−1)+10=−1−3+9+10=15
Arvutame funktsiooni väärtuse miinimumkohas x=3.
f(3)=33−3⋅32−9⋅3+10=27−27−27+10=−17
Kirjutame ekstreemumpunktid.
Emax(−1;15),Emin(3;−17)
Ekstreemumpunkt on graafiku punkt, seega on vaja mõlemat koordinaati. Pane tähele: (−1)3=−1, aga (−1)2=1.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Leia puutepunkt ja puutuja tõus
Teises küsimuses tuleb koostada puutuja võrrand kohal x0=4. Selleks on vaja puutepunkti teist koordinaati f(4) ja puutuja tõusu f′(4).
Arvutame funktsiooni väärtuse kohal x0=4.
f(4)=43−3⋅42−9⋅4+10=64−48−36+10=−10
Puutuja tõus on tuletise väärtus kohal x0=4.
k=f′(4)=3⋅42−6⋅4−9=48−24−9=15
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Koosta puutuja võrrand
Kirjutame puutuja võrrandi.
y−f(x0)=f′(x0)(x−x0)
Asendame x0=4, f(4)=−10 ja f′(4)=15.
y−(−10)=15(x−4)
Avame sulud.
y+10=15x−60
Viime arvu 10 paremale poole.
y=15x−70
Kontroll: kui x=4, siis y=60−70=−10=f(4), seega puutuja läbib puutepunkti (4;−10).
VASTUS
1) Funktsiooni tuletis on f′(x)=3x2−6x−9; graafiku maksimumpunkt on (−1;15) ja miinimumpunkt (3;−17). 2) Puutuja võrrand on y=15x−70.